KR20100069654A - Glow plug having coking-optimized design - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 예열 플러그에 관한 것이다. The present invention relates to a glow plug.
이런 예열 플러그는 예를 들어 DE 10346295 에 의하여 알려져 있다. 이런 예열 플러그의 단점은 연소형 엔진(combustion engine) 내의 예열 플러그들의 정상 동작 동안에 히팅 로드와 실린더 헤드 사이와 환형 갭 내부에서 탄화현상(carbonization)이 발생한다는 것이다. 이는 실린더 헤드 내에 장착되어 있는 예열 플러그 또는 압력 센서 예열 플러그들을 탈거할 때와 예열 플러그에 열을 전달시킬 때 또는 그 내부에서의 열전도와 관련하여 문제들을 초래한다.Such glow plugs are known, for example, from DE 10346295. The disadvantage of this glow plug is that carbonization occurs between the heating rod and the cylinder head and inside the annular gap during normal operation of the glow plugs in the combustion engine. This results in problems when removing the glow plug or pressure sensor glow plugs mounted in the cylinder head and transferring heat to or within the glow plug.
본 발명의 목적은 이들 단점들을 제거하고, 탄화현상이 없는 연소형 엔진의 동작을 가능케 하는 및/또는 예열 플러그 내의 환형 갭 내에서 탄화현상 또는 실린더 헤드 내에서 예열 플러그의 탄화현상을 방지하는, 예열 플러그를 제조하는 것이다.It is an object of the present invention to eliminate these drawbacks and to allow the operation of a combustion engine without carbonization and / or to prevent carbonization in the annular gap in the glow plugs or carbonization of the glow plugs in the cylinder head. To make the plug.
이 목적은 청구항 1에 기재된 예열 플러그에 의하여 성취된다. 여기서, 본 발명의 장점은 신뢰할 수 있는 가스 교환을 보장하고, 이에 따라 실린더 헤드 / 예열 플러그의 접촉점들에서 또는 본체 / 히팅 로드의 접촉점들에서 완전한 산화반응(oxidation)을 보장하며, 또한 탄소의 축적현상을 방지하는 구조를 제공하는 것이다.This object is achieved by the glow plug described in
환형 갭 및 빈공간으로 된 이러한 구조는 히팅 로드와 실린더 헤드 사이의 실린더 헤드 홀(hole) 내의 예열 플러그들의 탄화현상을 영구히 방지한다. 그 결과, 예열 플러그의 열적 프로파일(thermal profile) 및 열적 성질은 그 유효수명 내내 변화되지 않는다. 히팅 로드를 이동시키는 경우에, 이러한 이동성은 예열 플러그의 유효수명 내내 변화되지 않는다.This structure of the annular gap and the void permanently prevents carbonization of the glow plugs in the cylinder head hole between the heating rod and the cylinder head. As a result, the thermal profile and thermal properties of the glow plugs do not change throughout their useful life. In the case of moving the heating rod, this mobility does not change throughout the useful life of the glow plug.
존재할 수 있는 탄화현상에 의해 초래되는 복잡한 탈거 절차 또는 후속적인 손상 및 너무 높은 탈거 토크(demounting torque)는 확실히 회피될 수 있다. 본 발명의 유익한 실시예들과 추가적인 개선점들은 종속항들에 기재되어 있다.Complex removal procedures or subsequent damage and too high demounting torques caused by the carbonization that may be present can certainly be avoided. Advantageous embodiments and further developments of the invention are described in the dependent claims.
본 발명은 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.The invention is explained in detail below with reference to the drawings.
도 1은 현재 종래 기술로서 실린더 헤드 내에 부피를 가진 예열 플러그의 설치 상태를 보여준다.
도 2는 변화된 부피를 가진 예열 플러그의 설치 상태를 보여준다.
도 3은 변화된 부피와 2-부분으로 된 하나의 본체를 가진 예열 플러그를 보여준다.
도 4는 실린더 헤드 내에 부피를 가진 예열 플러그를 보여준다.
도 5는 부피와 환형 갭을 보여준다.
도 6은 부피를 가진 압력 센서 예열 플러그의 설치 상태를 보여준다.
도 7은 2-부분으로 된 본체를 가진 변형예를 보여준다.
도 8은 압력 센서를 보여준다.1 shows the installation of a glow plug with a volume in a cylinder head as of the prior art.
2 shows the installation of a glow plug with a changed volume.
3 shows a glow plug with varying volume and one body in two parts.
4 shows a glow plug with a volume in the cylinder head.
5 shows the volume and the annular gap.
6 shows an installation of a volumetric pressure sensor glow plug.
7 shows a variant with a two-part body.
8 shows a pressure sensor.
도 2는 실린더 헤드(5) 내에 배치되어 있는 예열 플러그를 보여주는데, 이 예열 플러그의 히팅 로드(1)와 본체(2) 사이에 환형 갭(annular gap)(3)을 가진다. 챔버(4)가 이 환형 갭(3)에 인접하고 있는데, 이 챔버(4)는 환형 갭(3)을 통하여 산소를 함유한 가스가 이 챔버(4)에 도달할 수 있도록 연소형 엔진의 연소 챔버와 연통하고 있다. 이 환형 갭(3)과 빈공간(4)을 통하여 연소형 엔진의 연소 챔버로부터 이 챔버(4) 안으로 어떤 부피 유동(volume flow)이 있을 수 있다. 이는 신뢰성있는 가스 교환을 보장하며 이에 의하여 실린더 헤드와 예열 플러그 사이의 접촉 면 영역에서 충분한 양의 산소를 제공한다. 이렇게 하여, 산화 반응에 기인하여 환형 갭(3)과 빈공간(4) 내에서 매우 높은 온도가 성취된다. 이 높은 온도는 이 영역 내에 있는 탄소를 태우며 그 결과, 연소형 엔진의 원활한 동작과 관련있는 이 영역 내에는 탄소가 침적되지 않는다.2 shows a glow plug arranged in the
본 발명에 따른 환형 갭(3)의 구조 때문에, 부피 유동 및 이에 따른 가스 교환은 탄소 침적이 없는 방식으로 정해질 수 있다.Because of the structure of the
중요한 것은, 충분한 양의 산소가 환형 갭(3)에 도달함으로써, 완전 연소 절차를 보완하거나 또는 가능하게 한다는 점이다.It is important that a sufficient amount of oxygen reaches the
이러한 가스 교환의 가능성은 또한 실린더 헤드(1)와 히팅 로드(1) 사이의 환형 갭 내 온도 증가를 초래한다.This possibility of gas exchange also leads to an increase in temperature in the annular gap between the
실제 응용시, 도 6에 도시된 바와 같이 이동형 히팅 로드(mobile heating rod)(1)가 사용되는 경우, 이러한 환경 갭(3) 및 빈공간(4)의 조합은 히팅 로드(1)의 이동성을 계속 유지하기 위한 용도를 가진다.In practical application, when a
특정 환형 갭(3)과 이에 대응하는 빈공간(4)의 부피는, 특히 연소 가스의 충분한 유동을 용이하게 하는 유리한 구조에서는, 약 140 ㎣가 적절할 수 있다.The volume of the particular
이 특정 환형 갭(3) 및 그 대응하는 빈공간(4)은, (위에 기재된 바와 같은) 특정 부피가 연소 프로세스 동안 가스 교환을 할 수 있도록 하며, 소위 헬름홀츠 공진기(Helmholtz resonator)의 원리에 기초하고 있다.This particular
이 원리는, 좁은 개구와 밖으로 향하는 환형 갭(3)을 가진 가스 부피를 포함한다. 개구 내 공기의 불활성 질량과 연결된 내부의 공기 부피의 탄성은 현저한 자기-공명성(self-resonance)을 가진 기계적인 질량-스프링-시스템을 초래한다.This principle comprises a gas volume with a narrow opening and an
파이프의 경계선에 대한 보정 요소의 값은 단지 다음 공식에서 주어지는 값의 절반이다:The value of the correction factor for the pipe boundary is only half of the value given in the following formula:
질량 또는 스프링처럼 거동하는 가스 영역들 사이의 경계선이 불분명하기 때문에, 어떤 헬름홀츠 공진기의 정확한 주파수를 계산하는 것은 어렵다.It is difficult to calculate the exact frequency of any Helmholtz resonator because the boundaries between gas regions that behave like mass or springs are unclear.
공진 주파수를 계산하기 위한 근사식은 다음과 같다:The approximation equation for calculating the resonant frequency is:
도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 헬름홀츠 공진기의 부피는 b 및 c로 형성되는 고리형 갭 부피들로 이루어져 있다. 도 5는 또한 헬름홀츠 파이프의 반경이 환형 갭(3)에 대한 측정으로부터 유도되며, 이에 따라 환형 갭(3)의 내부 길이가, 헬름홀츠 공식에서 주어진 바와 같은 파이프(1)의 길이에 대응한다는 것을 보여준다.As can be seen in FIG. 5, the volume of the Helmholtz resonator consists of annular gap volumes formed of b and c. 5 also shows that the radius of the Helmholtz pipe is derived from the measurement for the
가스 교환 및 부피(4) 및 환형 갭(3)으로의 연소 가스를 함유하는 산소의 대응하는 공급은 환형 갭(3)과 빈공간(4) 내의 온도가 특히 문제되는 영역 내에서 탄소가 타버리는 정도까지 상승하도록 보장한다.Gas exchange and the corresponding supply of oxygen containing combustion gas to the
상기 효과는 촉매 효과를 가지는 물질을 사용하여 그 표면들에 특수하고 유리한 코팅을 함으로써 강화될 수 있다. 예를 들어, 이 경우 백금 코팅이 특히 유리하다.The effect can be enhanced by applying a special and advantageous coating on the surfaces using a material having a catalytic effect. For example, a platinum coating is particularly advantageous in this case.
특수하게 연속적인 엔진 동작과 연속적인 그을음 발생 동작에서 샘플이 사용되었을 때, 환형 갭(3)이나 빈공간(4) 내부에서 탄소 흔적이나 탄소 침적들이 전혀 발견되지 않았다. 도 6에 도시된 바와 같은 벨로우즈(bellows)도 역시 본 발명에 따라 설계된 연속 동작 후에 어떠한 그을음의 흔적 또는 그을음이 침적된 것을 보여주지 않았다.When samples were used in particularly continuous engine operation and continuous soot generation operation, no carbon traces or carbon deposits were found inside the
바람직한 일 실시예에서, 적어도 하나의 요소(예컨대 벨로우즈)는 코팅 또는 촉매를 함유하는 물질과의 조합을 구비하여, 연소 잔여물에 대한 점화 온도를 낮출 수 있다.In one preferred embodiment, at least one element (such as a bellows) can be combined with a material containing a coating or catalyst to lower the ignition temperature for the combustion residues.
예컨대, 백금 및/또는 팔라듐, 아우어 금속(Auer metal), 레니 니켈(Raney nickel), 로듐, 호프칼라이트(hopcalite), 5산화 바나듐(vanadium pentoxide), 및 산화 사마륨(samarium oxide)와 같은 촉매 물질들이 사용될 수 있다. 설명된 예열 플러그의 임의의 다른 요소도 역시 촉매로 코팅될 수 있다. 설명된 본 발명과 같은 구성에 대하여 온도를 측정하면서, 아무런 잔여물을 남기지 않으면서 탄소가 타버리는 온도가 측정되었다.Catalyst materials such as, for example, platinum and / or palladium, Auer metals, Raney nickel, rhodium, hopcalite, vanadium pentoxide, and samarium oxide Can be used. Any other element of the glow plugs described can also be coated with a catalyst. While measuring the temperature for the configuration as described herein, the temperature at which carbon burned without leaving any residue was measured.
도 2는 예열 플러그를 도시하고 있는데, 이 예열 플러그는 실린더 헤드(5) 안에 배열되어 있고, 이 예열 플러그의 히팅 로드(1)와 본체(2) 사이에 환형 갭(3)및 이 환형 갭(3)과 인접하는 챔버(4)를 구비한다. 이 챔버(4)는 환형 갭(3)을 통하여 연소형 엔진의 연소 챔버와 연통되어 가스를 함유하는 산소가 챔버(4)에 도달할 수 있다. 이 환형 갭(3)과 빈공간(4)은 연소형 엔진의 연소 챔버로부터 챔버(4)로 부피 유동을 가능하게 하며, 이는 확실한 가스 교환을 보장하며, 이에 의하여 실린더 헤드와 예열 플러그 사이의 접촉 면들의 영역에 충분한 양의 산소를 공급한다. 그 결과, 환형 갭(3) 및 빈공간(4)에서 완전 연소를 통하여 600 ℃를 넘는 또는 그 아래(대응하는 촉매 표면이 존재하는 경우)의 온도가 달성된다. 이 높은 온도는 이 영역 내의 탄소를 태우며, 이에 의하여 탄소는 연소형 엔진의 원활한 동작과 관련되는 영역에 침적되지 아니한다.FIG. 2 shows a glow plug, which is arranged in the
도 3은 실린더 헤드(5) 내에 배열되어 있는 예열 플러그를 보여주며, 또한 이 예열 플러그의 히팅 로드(1)와 2-부분으로 이루어진 본체(2) 사이의 환형 갭(3) 및 이 환형 갭(3)에 인접해있는 챔버(4)를 보여주고 있다. 이 챔버(4)는 연소형 엔진의 연소 챔버와는 환형 갭(3)을 통하여 연결되며 이에 의하여 가스를 함유하는 산소가 챔버(4)에 도달할 수 있다. 이 환형 갭(3)과 빈공간(4)은 연소형 엔진의 연소 챔버로부터 챔버(4)로 부피 유동을 가능하게 하며, 이는 확실한 가스 교환을 보장하며, 이에 의하여 실린더 헤드와 예열 플러그 사이의 접촉 면들의 영역에 충분한 양의 산소를 공급한다. 이에 따라 산화 과정에 기인하여 환형 갭(3)과 빈공간(4) 내에서 매우 높은 온도가 달성된다. 이 높은 온도는 이 영역 내의 탄소를 태우며, 그 결과 탄소는 연소형 엔진의 원활한 동작과 관련되는 영역에 침적되지 아니한다.FIG. 3 shows a glow plug arranged in the
도 4는 실린더 헤드(5) 내에 배열되어 있는 예열 플러그를 보여주며, 또한 이 예열 플러그의 히팅 로드(1)와 본체(2) 사이의 환형 갭(3) 및 추가적인 챔버(8)를 보여주고 있다. 이 챔버의 길이는 헬름홀츠 공식에서 파이프의 길이에 추가되는 용도를 가진다. 환형 갭(3)의 반경은 헬름홀츠 공식에서 파이프의 반경에 대응한다. 환형 갭(3)에 인접한 챔버(4)는 연소형 엔진의 연소 챔버와는 환형 갭(3)을 통하여 연결되며 이에 의하여 가스를 함유하는 산소가 챔버(4)에 도달할 수 있다. 이 환형 갭(3)과 빈공간(4)을 통하여, 챔버(8)와의 상호작용을 통해, 연소형 엔진의 연소 챔버로부터 챔버(4)로 부피 유동이 가능하다. 이에 의한 부피 유동은 확실한 가스 교환을 보장하며, 이에 의하여 실린더 헤드와 예열 플러그 사이의 접촉 면들의 영역에 충분한 양의 산소를 공급한다. 환형 갭(3) 및 빈공간(4)에서 완전 연소를 통하여 600 ℃를 넘는 온도가 달성된다. 이 높은 온도는 이 영역 내의 탄소를 태우며, 이에 의하여 탄소는 연소형 엔진의 원활한 동작과 관련되는 영역에 침적되지 아니한다.4 shows a glow plug arranged in the
변형된 구조가 도 7에 도시되는데, 여기서 빈공간(4)은 2-부분으로 된 본체(2, 2a)의 상부(2)와 하부(2a)에 의하여 형성되며, 이에 따라 이 본체 부분들(2, 2a)은 히팅 로드(1)를 둘러싸도록 배열된다.A deformed structure is shown in FIG. 7, wherein the
상기 본체의 부분들(2, 2a)은 용접부(9)에 의하여 결합된다.The
도 6은 벨로우즈(7)를 구비한 이동가능 히팅 로드(1)를 도시하는데, 이것은 본체(2)와 함께 실린더 헤드(5) 내의 예열 플러그를 형성한다. 본체(2)와 히팅 로드(1) 사이에는 환형 갭(3)이 있다. 벨로우즈(7)는 이동가능하도록 챔버(4) 내에 배열된다. 챔버(4)와 환형 갭(3)은 실린더 헤드(5) 내에서 (명시적으로는 도시되어 있지 않는, 연소형 엔진의) 연소 챔버에 연결된다. 산소를 함유한 연소 가스를 담고 있는 챔버(4)의 계속되는 움직임 때문에, 모든 그을음(만약 존재한다면) 입자들의 확실한 산화반응이 실현된다. 또한 히팅 로드 주변의 영역에서, 특히 환형 갭(4)의 영역에서 또는 챔버 내에서, 탄화현상 자체가 시작하는 곳에서, 탄화현상이 회피된다. 이것의 장점은 예열 플러그의 동작 시간 전체에 걸쳐 벨로우즈가 계속 이동가능한 상태를 유지한다는 것이다.6 shows the
도 8은 압력 센서를 도시한다. 이것은 (도 6에 도시된 바와 같이) 명시적으로 도시되어 있지 않은 연소형 엔진의 실린더 헤드(5) 내에 배열되어 있다. 이 압력 센서는 2-부분으로 이루어진 하우징(2, 2a)를 포함하는데, 이는 또한 도 6에 도시된 바와 같이 1-부분으로 이루어진 하우징일 수도 있다. 챔버(4) 내에서 벨로우즈(7)는 하우징(2)과 압력 태핏(tappet)(1a) 사이에서 배열되어, 기본적으로 그 길이 방향 축을 따라서 압력 태핏(1a)과 벨로우즈(7)가 함께 이동할 수 있다.8 shows a pressure sensor. It is arranged in the
1 : 히팅 로드
2 : 본체
2a : 본체의 하부
3 : 환형 갭
4 : 챔버(부피/빈공간)
5 : 실린더 헤드
6 : 압입부
7 : 벨로우즈
8 : 챔버(부피/빈공간)
9 : 용접부
a : 환형 갭의 폭
b : 빈공간의 폭
c : 빈공간의 길이1: heating rod
2: body
2a: lower part of the main body
3: annular gap
4: Chamber (volume / empty space)
5: cylinder head
6: press-fitting part
7: bellows
8: chamber (volume / empty space)
9: weld
a: width of the annular gap
b: the width of the void
c: length of empty space
Claims (7)
Method for operation in which carbonization of a combustion engine comprising at least one device according to claim 1 is eliminated.
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